非煤礦山綜合治理技術(shù)支撐平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法研究

趙曄

（遼寧省地理空間成果應(yīng)用中心，遼寧沈陽(yáng) 110034）

為實(shí)現(xiàn)遼寧省礦產(chǎn)資源管理的科學(xué)化與規(guī)范化，充分利用大數(shù)據(jù)、地理信息+、人工智能等高科技手段對(duì)土地利用、環(huán)保、生態(tài)、地質(zhì)、礦業(yè)等空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理，促進(jìn)全省礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與綠色發(fā)展，礦業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，遼寧省組織構(gòu)建了非煤礦山綜合治理技術(shù)支撐平臺(tái)。支撐平臺(tái)在匯總、精化了“三調(diào)”、土地、地質(zhì)、環(huán)保、礦政、礦山規(guī)劃等成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，兼顧非煤礦山綜合治理業(yè)務(wù)需求依據(jù)統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，建立了完整的、空間連續(xù)、主要要素時(shí)點(diǎn)統(tǒng)一的非煤礦山綜合治理技術(shù)支撐平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱非煤數(shù)據(jù)庫(kù)）。

一、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建模式

非煤數(shù)據(jù)庫(kù)基于Clien/Server 架構(gòu)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（圖1），集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2010，根據(jù)需求分析，先進(jìn)行構(gòu)件單元的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，以構(gòu)件化的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思想，根據(jù)應(yīng)用與管理對(duì)象的不同，對(duì)軟件構(gòu)件進(jìn)行靈活組裝搭建成不同的應(yīng)用系統(tǒng)；以ArcEngine 作為開(kāi)發(fā)接口，提供了豐富的底層功能接口。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

依托成熟的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，針對(duì)多源數(shù)據(jù)成果的管理和存儲(chǔ)，通過(guò)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行瀏覽查詢、統(tǒng)計(jì)分析、制圖、報(bào)表等操作，輔助非煤礦山治理工作需求，快速輸出符合標(biāo)準(zhǔn)或符合用戶分析報(bào)告要求的各類圖件。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施是支撐遼寧省非煤礦山綜合治理多源數(shù)據(jù)管理、共享、服務(wù)以及應(yīng)用所需的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)軟硬件設(shè)備及其運(yùn)行環(huán)境，主要包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源等。

（2）數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層由非煤礦山綜合治理多源數(shù)據(jù)庫(kù)成果數(shù)據(jù)組成，主要包含7個(gè)要素集：環(huán)境集(envi)、地質(zhì)集(geology)、基本農(nóng)田集(land)、非煤礦山集(mine)、礦山規(guī)劃集(mineplan)、三調(diào)矢量集(vector3)、三調(diào)影像集(image3)、天地圖服務(wù)(HeavenEarthService)。7個(gè)要素集為三類：非煤礦山集是本項(xiàng)目重點(diǎn)管理要素集，礦山規(guī)劃集、地質(zhì)集為非煤礦山修復(fù)治理、礦權(quán)設(shè)置和礦山轉(zhuǎn)型分析參考要素集，其它為背景參考要素集（圖2）。

（3）平臺(tái)組件層

平臺(tái)組件層是數(shù)據(jù)庫(kù)管理和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的基本服務(wù)能力的體現(xiàn)，通過(guò)功能組件和服務(wù)接口向上能夠支撐應(yīng)用層的應(yīng)用構(gòu)建，向下通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口能夠操作數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)資源[1]。根據(jù)非煤礦山綜合治理數(shù)據(jù)庫(kù)管理和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的需求，需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更新維護(hù)、系統(tǒng)運(yùn)行管理、常規(guī)處理方面的功能組件以及信息查詢檢索、一般統(tǒng)計(jì)分析等方面的數(shù)據(jù)及功能服務(wù)。

（4）平臺(tái)應(yīng)用層

基于組件服務(wù)層提供的功能組件和服務(wù)接口，面向桌面端，面向不同接入模式進(jìn)行應(yīng)用構(gòu)建。其中桌面應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)更新維護(hù)、系統(tǒng)安全管理、數(shù)據(jù)瀏覽、信息查詢檢索、統(tǒng)計(jì)分析以及其它方面的應(yīng)用[1]。

二、數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)流程

1.準(zhǔn)備工作

非煤數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows Server 2016，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用PostgreSQL 9.x，空間數(shù)據(jù)引擎采用ArcSDE 10.7。

2.數(shù)據(jù)收集與整理

非煤數(shù)據(jù)庫(kù)目的是科學(xué)管理各種礦山地理信息成果，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)、同一地理框架下高效管理，涉及數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2018年遼寧省事業(yè)單位機(jī)構(gòu)改革前隸屬于國(guó)土資源、測(cè)繪地理信息的多家單位，收集的數(shù)據(jù)涉及面比較廣，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配與融合、歸一化處理等數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，生成滿足非煤礦山統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)源。雖然收集的數(shù)據(jù)都是成果數(shù)據(jù)但還存在部分坐標(biāo)系統(tǒng)不一致，需要通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式將所有數(shù)據(jù)都統(tǒng)一到國(guó)家2000坐標(biāo)系。另外涉及的數(shù)據(jù)都是各方面專業(yè)數(shù)據(jù)，信息量比較大，需要根據(jù)需要對(duì)屬性信息進(jìn)行篩選[2]。

3.數(shù)據(jù)入庫(kù)

（1）入庫(kù)前檢查

為確保非煤數(shù)據(jù)庫(kù)各種成果數(shù)據(jù)順利入庫(kù)，需要對(duì)涉及數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。主要通過(guò)人工、軟件檢查相結(jié)合的方法，通過(guò)軟件進(jìn)行批量檢查、輔助以人工檢查。主要針對(duì)屬性結(jié)構(gòu)的一致性，空間的拓?fù)潢P(guān)系以及空間參考關(guān)系的正確性等問(wèn)題進(jìn)行檢查。同時(shí)人工檢查判斷軟件檢查結(jié)果中可疑問(wèn)題正確性，對(duì)統(tǒng)計(jì)分析具有重要作用的要素。問(wèn)題需要返回到前一工序進(jìn)行修改，檢查合格后才能進(jìn)入下一工序。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)圖

（2）數(shù)據(jù)建庫(kù)

非煤數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle，空間數(shù)據(jù)采用GeoDatabase模型以ST-Geometry格式保存在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，統(tǒng)計(jì)分析采用Hadoop+Hive分布式計(jì)算框架，文檔數(shù)據(jù)采用NAS或DFS形式存儲(chǔ)，分別按矢量數(shù)據(jù)集，要素類、柵格數(shù)據(jù)集，鑲嵌數(shù)據(jù)集，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，表格數(shù)據(jù)，文檔數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)[3]。

各類數(shù)據(jù)入庫(kù)后，針對(duì)數(shù)據(jù)入庫(kù)情況，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)入庫(kù)報(bào)告。

4.數(shù)據(jù)庫(kù)的安全設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)包括三個(gè)方面：一是無(wú)授權(quán)情況下數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中任何數(shù)據(jù)不被下載、復(fù)制；二是滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)不同級(jí)別、不同權(quán)限用戶的合理使用，使系統(tǒng)正常運(yùn)行、不被非法入侵、不受外界破壞；三是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障（設(shè)備故障、運(yùn)行環(huán)境故障或人為操作失誤）造成數(shù)據(jù)的破壞時(shí)能及時(shí)通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)策略及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，從而保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

非煤數(shù)據(jù)庫(kù)用戶和權(quán)限管理包括網(wǎng)絡(luò)用戶、數(shù)據(jù)庫(kù)用戶和權(quán)限、應(yīng)用系統(tǒng)用戶和權(quán)限三個(gè)方面的管理。非煤數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容安全設(shè)計(jì)主要通過(guò)數(shù)據(jù)的安全管理和備份恢復(fù)兩方面實(shí)現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)定期和不定期進(jìn)行備份，同時(shí)按照數(shù)據(jù)的情況進(jìn)行全備份和增量備份，如對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)采用全備份，而部分更新變化數(shù)據(jù)采用增量備份。

三、功能模塊設(shè)計(jì)

本數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)功能主要由登錄模塊、地圖操作模塊、地圖定位模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊等5大模塊組成。

1.登錄模塊

程序運(yùn)行時(shí)，將用戶登錄信息保存在內(nèi)存中，方便記錄用戶的操作。用戶是否可以重復(fù)登錄，本模塊并沒(méi)有限制，所有用戶可以同時(shí)登錄，程序采取并發(fā)方式處理請(qǐng)求（圖3）。

2.地圖操作模塊

該模塊主要是通過(guò)對(duì)地圖的基本瀏覽。實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖的一些操作，如可以對(duì)圖形放大、縮小，可以進(jìn)行全屏顯示等。

圖3 登錄需求

本系統(tǒng)提供了兩種不同的地圖視圖方式：地圖視圖和布局視圖。當(dāng)瀏覽地圖中的地理數(shù)據(jù)時(shí)，選擇地圖視圖。地圖視圖是一種多功能的視圖方式，它可以在一個(gè)數(shù)據(jù)框內(nèi)集中處理數(shù)據(jù)，如編輯或者分析。地圖視圖是將布局視圖中的地圖元素(如標(biāo)題、指北針和比例尺)隱藏的視圖，更直觀更便捷。

3.地圖定位模塊

地圖定位提供了通過(guò)指定礦山名稱、許可證號(hào)、指定具體坐標(biāo)等多種定位方式，將當(dāng)前窗口快速定位到所要查找的位置的功能。包括以下方式：書(shū)簽管理、坐標(biāo)定位、礦名定位、行政區(qū)定位（圖4）。

4.數(shù)據(jù)查詢模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的查詢功能，主要包括由圖形到屬性的查詢（如鼠標(biāo)點(diǎn)擊查詢）和由屬性到圖形的查詢（如條件查詢）等（圖5）。

5.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊

主要提供多種方式的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，如統(tǒng)計(jì)當(dāng)前地圖中的所有或某類礦山的總面積、個(gè)數(shù)，以及統(tǒng)計(jì)當(dāng)前地圖中的所有礦山的個(gè)數(shù)、面積，統(tǒng)計(jì)符合某項(xiàng)條件的礦山信息等（圖6）。

圖4 礦名定位查詢

圖5 數(shù)據(jù)查詢

圖6 礦山對(duì)象統(tǒng)計(jì)結(jié)果

四、結(jié)語(yǔ)

非煤礦數(shù)據(jù)庫(kù)管理海量多源非煤礦山數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是否合理，是非煤礦山綜合治理技術(shù)支撐平臺(tái)開(kāi)發(fā)是否成功的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)庫(kù)中涉及非煤礦山專業(yè)數(shù)據(jù)，同時(shí)涵蓋“三調(diào)”、環(huán)保等背景地圖數(shù)據(jù)，為保證系統(tǒng)的效率和可靠性提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。